專利名稱：用于檢測多孔結(jié)構(gòu)件中的水的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件的無損測試領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件的內(nèi)腔中的液
體的檢測和定位。
背景技術(shù)：
在機械構(gòu)造的結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域中，盡可能輕地制造結(jié)構(gòu)件同時仍確保其結(jié)實而剛硬的 目的通常產(chǎn)生負載相對較高的包括腔室的結(jié)構(gòu)部件。 這種結(jié)構(gòu)部件的形式和組成多種多樣，對應(yīng)于被稱為"夾層"結(jié)構(gòu)件的其中一種最 常見形式具有蜂窩狀的多孔芯。 多孔芯夾層結(jié)構(gòu)件1如圖1中的截面所示通常包括由事先裝有空氣的中空隔室12 形成的芯2，在其各表面即底面和頂面上具有堅實的表皮護板(re^tement)，分別為附圖 標(biāo)記4、3。 這種結(jié)構(gòu)件由于其非常有利的剛性_強度/重量比而尤其用于航空構(gòu)造。
在也公知的一個具體實施方式
中，夾層結(jié)構(gòu)件的表皮護板3、4由包括在固化樹脂 中保持就位的纖維——玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、碳纖維等——的合成物制成，多孔芯2 的中空隔室12由片材中產(chǎn)生的壁形成，該片材成形為限定呈通常規(guī)則的晶格形式的隔室。 當(dāng)該晶格由六角形截面的隔室構(gòu)成時，通常用"蜂窩"表述。 在大多數(shù)情況下，表皮護板以及隔室壁所用的材料相對不能透過常見流體，從而 產(chǎn)生其中各隔室構(gòu)成基本閉合并密封的腔室的情形。 這種結(jié)構(gòu)件的一個缺陷源于中空隔室易于或多或少地填充水，這些水不能自然去
除。 一方面，這具有不必要地增大期望為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)件的重量的后果，另一方面具有
通過各種物理化學(xué)作用削弱制造結(jié)構(gòu)件所用的材料的具體機械特性或者削弱各種組裝元
件之間尤其是多孔材料和表皮護板之間的結(jié)合質(zhì)量而降低結(jié)構(gòu)件的強度的后果。 中空隔室中水或一般液體的存在通常視為結(jié)構(gòu)件的主要缺陷，其存在通常不能預(yù)
測，不管存在液體的原因是什么——結(jié)構(gòu)件制造期間的水形成過程或者后繼滲透至隔室中
的液體滲透，重要的是檢測隔室中液體的存在，定位液體的位置并量化其量，從而采取必要
動作以移除該液體的最大可能量。 這種腔室結(jié)構(gòu)件中的液體的檢測是長期存在的問題。然而，傳統(tǒng)方法存在重要缺 陷。 除了局限于其中所用的材料對于利用光學(xué)手段觀察隔室中的液體來說足夠透明 的情況的目視檢查以外，已長時間使用并且本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法基于聲學(xué)檢測原理。 基于該原理的超聲波型方法尤其適用于連續(xù)緊實介質(zhì)。在多孔——低密度腔 室——結(jié)構(gòu)件的情況下，聲波傳播困難并且不能以必要精度判別液體的存在。
在編號為EP 0 938 653公布的專利中公開了一種純聲學(xué)衍生方法，其適于檢測 封閉空間——在該示例性中為瓶——中的液體水平。根據(jù)該專利，通過磁場在該瓶中引起
4振動并由話筒接收響應(yīng)于該振動的聲信號?？蓮脑摻邮盏降穆曅盘柕奶匦酝茢嗥恐幸后w的 存在和液體的水平。然而，在多腔室材料的情況下，例如這里考慮的情況，由于回聲弱，該方 法不允許有效檢測腔室中的水的存在。 也已經(jīng)想到尤其旨在利用其它物理原理檢測多孔芯夾層結(jié)構(gòu)件中的水的存在的 其它方法。 根據(jù)這些其它方法中的一種方法，由于水與探尋其中的水存在的材料具有非常不 同的熱力學(xué)性質(zhì)，因而提出了產(chǎn)生受溫度變化的部分的熱像圖。在該情況下，由于水與該部 分材料之間的熱慣性差異，對應(yīng)于水的區(qū)域出現(xiàn)溫度變化不如不存在水的區(qū)域快，熱像圖 能夠檢測表面溫度中的差異，因此能夠檢測含水區(qū)域。 在編號為JP 62024134公開的專利中公開了這類方法的一個實施例，然而這類方 法具有缺陷，一方面其通常需要移除所述部分以對其進行調(diào)查研究，另一方面需要在適于 實施測量的條件下對該部分進行冷卻或加熱的實質(zhì)性手段。 根據(jù)另一種方法，利用電磁微波檢測隔室中水的存在，在水存在的情況下電磁微 波的傳播發(fā)生改變。 然而，當(dāng)所用的能量水平顯著時，就人員保護要采取的預(yù)防措施而言電磁微波的 利用受到限制。 此外，在利用碳纖維基材料制成的表皮護板或具有金屬表面——例如借助青銅網(wǎng)
金屬化的表面，多數(shù)部件都是如此——的夾層結(jié)構(gòu)件的情況下出現(xiàn)困難。 在基于碳纖維的結(jié)構(gòu)件的情況下，表皮護板中的碳引起高度損耗并且信噪比對檢
測極其不利。 當(dāng)青銅金屬網(wǎng)覆蓋表面——現(xiàn)代航空材料常常如此一一時，表皮護板導(dǎo)電因而阻 止任何電介質(zhì)類型的測量。 為解決該問題，編號為FR 2 880 424公開的專利描述的方案描述了一種利用電 磁微波的檢測系統(tǒng)，其包括在兩個表皮護板材料之間置于夾層護板的多孔材料中的天線。 然而，適用于碳纖維基表皮護板情況的該方案需要對部件進行修改以安裝天線。結(jié)果，部件 更復(fù)雜、更薄弱而且更重，并且該方案不能容易地用于多數(shù)現(xiàn)有部件或者由于成本原因或 其它原因在制造期間未設(shè)有這些天線的部件。 通常，青銅網(wǎng)的存在阻止其中通過雷達裝置——在無線電、微波或毫米波頻率范 圍內(nèi)——測量腔室中流體水平這樣的類型的任何方法，因為青銅網(wǎng)反射這些頻率范圍內(nèi)的 大多數(shù)無線電波。為減輕這些缺陷，通常需要降低工作頻率，但是這具有急劇降低測量精度 的后果并阻止以足夠精度實施液體水平測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的特別在于通過使聲學(xué)范圍中的結(jié)構(gòu)件振動激發(fā)與結(jié)構(gòu)件的電磁振 動響應(yīng)檢測相結(jié)合而減少現(xiàn)有技術(shù)的用于檢測結(jié)構(gòu)件的腔室中的液體的技術(shù)遇到的困難。
因而，根據(jù)檢測結(jié)構(gòu)件的腔室中的液體存在的方法，在該方法中所述結(jié)構(gòu)件通過 激發(fā)波而受到機械振動，并且在所述結(jié)構(gòu)件的探尋腔室中的液體的存在的區(qū)域中受到入射 電磁波。 最終，對所述入射波在所述結(jié)構(gòu)件的元件上反射的反射電磁波進行分析，從而從其推斷腔室中是否存在液體，所述反射波具有根據(jù)腔室中是否存在液體進行調(diào)制的特性。
為了在結(jié)構(gòu)件的腔室中存在的液體的表面上形成與不存在液體的情況下結(jié)構(gòu)件 的響應(yīng)頻率完全不同的法拉第波，所述激發(fā)波的一個分量由頻率為fm——優(yōu)選在聲波范圍 內(nèi)——的近正弦振動激發(fā)產(chǎn)生，其能夠以激發(fā)頻率fm的分諧波頻率激發(fā)腔室中的液體的表 面振蕩。 為了提高該方法的靈敏度，所述激發(fā)波的一個分量還由相對于頻率fm偏移的頻率 42的振動激發(fā)產(chǎn)生，借此能夠在液體的表面上形成駐波圖案并增強液體對結(jié)構(gòu)件響應(yīng)的振 動響應(yīng)。 為了改善信噪比，有利的是對所述激發(fā)波的其中一個分量的頻率進行調(diào)制，尤其 是通過白噪聲或偽白噪聲進行調(diào)制。 由于腔室中存在的液體的振動響應(yīng)頻率與結(jié)構(gòu)件中的振動響應(yīng)頻率大不相同，所
述方法可利用高信噪比從反射波的頻譜中的預(yù)定譜線的檢測推斷液體的存在。 具體地說，從所述反射波的頻譜中的分別與激發(fā)頻率4和/或fm2的頻率為fm/2
和/或fm2/2的分諧波對應(yīng)的至少一個預(yù)定譜線的檢測推斷液體的存在。 根據(jù)本發(fā)明，一種適于實施結(jié)構(gòu)件的腔室中的液體存在的檢測方法的設(shè)備包括 _用于在所述結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生至少一個振動機械激發(fā)波的第一裝置；-用于在所述結(jié)構(gòu)件的探尋液體存在的區(qū)域中產(chǎn)生入射電磁波的第二裝置；-用于測量由接收所述入射波的所述結(jié)構(gòu)件反射的電磁波的第三裝置；以及-第四處理和/或顯示裝置，其能夠顯示在所述反射波的頻譜中感生波的至少一
個特征譜線(raie spectrale caract6ristique)的存在，所述感生波通過所述機械激發(fā)波
在所述結(jié)構(gòu)件的腔室中所含有的液體的表面上產(chǎn)生。 為了制造緊湊設(shè)備，至少是針對探頭部件，該探頭包括利用壓電技術(shù)的輪環(huán)，該輪 環(huán)能夠機械振動從而產(chǎn)生頻率為fm或者頻率為fm及相對于頻率fm偏移的fm2的機械激發(fā) 波。 有利的是，利用所述輪環(huán)的中空部，從而設(shè)置 _用于發(fā)射并接收電磁波的天線；和/或 _壓電部件所用的供應(yīng)電子器件的全部或部分；和/或-用于傳送入射電磁波的天線所用的供應(yīng)電子器件的全部或部分；和/或 _用于檢測反射電磁波的檢測電子器件的全部或部分；和/或-信號處理電子器件的全部或部分。


參照附圖詳細描述本發(fā)明的一種實施方法以及一個實施方式，在附圖中 圖la是根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的原理圖； 圖lb是示出圖la中所示的方法和設(shè)備的實施的原理圖； 圖2a是利用圖la中所示類型的機構(gòu)(montage)在不存在液體的結(jié)構(gòu)件中觀察到 的反射波譜的實施例的圖示，頻率對應(yīng)于橫坐標(biāo)，功率對應(yīng)于縱坐標(biāo)； 圖2b是在與圖2a相同的情況下在腔室中存在液體的結(jié)構(gòu)件中觀察到的反射波譜 的實施例的圖示，頻率對應(yīng)于橫坐標(biāo)，功率對應(yīng)于縱坐標(biāo)；
圖3是在對應(yīng)于圖lb所示的圖的雙頻機構(gòu)的情況下反射波譜的圖示； 圖4是在其中一個頻率被調(diào)制的根據(jù)圖lb所示的圖的雙頻機構(gòu)的情況下反射波
譜的圖示；以及 圖5是用于根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的結(jié)合有聲學(xué)功能和雷達功能的探頭的示意圖示。
具體實施例方式
本發(fā)明用于檢測具有至少一個腔室12的結(jié)構(gòu)件1中的液體11——例如水——的 存在，其原理在圖la中示出。 由于實施根據(jù)本發(fā)明方法的一種方式以及根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一個實施方式的詳 細描述的要求，具有至少一個腔室的所述結(jié)構(gòu)件由護板(panneau)的結(jié)構(gòu)件l表示，其在所 涉及區(qū)域的范圍內(nèi)基本平坦，包括多孔芯2和在多孔芯2的表面上的表皮護板，即上表皮護 板3和下表皮護板4。 芯的各隔室12構(gòu)成腔室，其端部由上表皮護板和下表皮護板封閉。 護板1在實踐中包括多個腔室12，由于因而需要定位存在液體的一個腔室或多個
腔室，因此這在實踐中帶來某些腔室中的液體檢測更復(fù)雜的問題。 具有這種結(jié)構(gòu)的護板——其中隔室具有規(guī)則六角形截面——通常稱為蜂窩芯夾 層護板。 然而，選擇這種常用結(jié)構(gòu)件描述本發(fā)明不受限制。 公知的，提到的護板的表皮護板3、4由在固化樹脂中保持就位的纖維形成的合成 物制成，例如由固化聚酰胺樹脂保持就位的玻璃纖維或碳纖維，并且形成蜂窩隔室的壁由 在實踐中比碳纖維基材料——例如基于玻璃纖維或基于有機材料薄板的材料——更經(jīng)濟 的合成物制成。 根據(jù)本發(fā)明的方法，包括多個腔室12，某些腔室易于含有液體11的待檢查的結(jié)構(gòu) 件1受到機械激發(fā)從而振動。 所述機械激發(fā)優(yōu)選通過頻率fm落于聲頻范圍內(nèi)的正弦激發(fā)而實施。 實施待檢查的結(jié)構(gòu)件1的機械激發(fā)以使得被稱為激發(fā)波的聲波14在結(jié)構(gòu)件1中傳播。 當(dāng)激發(fā)波14到達含有液體11——例如液態(tài)形式的水——的隔室12時，所述波通 過非線性效應(yīng)在水的自由表面上產(chǎn)生新波16，稱為感生波，還以法拉第波為大家公知。
感生波16主要為激發(fā)波的1/2的分諧波，即所述感生波是僅流體現(xiàn)象可產(chǎn)生的頻 率為fm/2的波。 此外，結(jié)構(gòu)件1在探尋液體存在的區(qū)域中受到電磁波17。 電磁波17優(yōu)選為通過CW雷達——連續(xù)波——所產(chǎn)生的波型式的等幅雷達波。
用適于構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)件的合成物的材料的頻率并且尤其根據(jù)位于電磁波源與要 檢測的可能液體之間的表皮護板的材料，選擇稱為入射波的電磁波17，使得所述表皮護板 僅引起合理衰減，例如< 120dB。 具體地說，當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)件1在由入射波17穿過和/或供待觀測的反射波穿過的表 面上覆蓋有電磁屏蔽——例如，導(dǎo)電網(wǎng)——時，必須小心選擇入射波17的頻率，從而防止所 述入射頻率而且還防止期望的反射波頻率對應(yīng)于使衰減最大的禁用頻帶。
公知地，入射波的頻率的選擇也是將結(jié)構(gòu)件1的材料中的損失——所述損失取決 于材料，隨著頻率的增大而增大——保持在所使用的測量裝置的可接受水平與探尋的空間 敏感度——頻率越大分辨率越高——之間的折中。 根據(jù)本發(fā)明的方法，在選擇入射波17的頻率時將這些參數(shù)考慮在內(nèi)，可將所述入
射波所用的功率限制到相對較低的水平，從而限制與電磁輻射相關(guān)的生理風(fēng)險。 入射波17被沿其路徑存在的各種元件反射，尤其是被隔室中可能存在隔室中液
體的自由表面反射，從而形成被所述各種元件的機械振動調(diào)制的反射波18。 當(dāng)隔室中存在液體11時，由所述液體的表面反射并受到機械激發(fā)頻率fm的波18
不僅由與頻率為fm的激發(fā)波14相關(guān)的結(jié)構(gòu)件的振動——即，頻率為fm的振動以及頻率為fm
的多個諧波——調(diào)制，而且由在所述液體的所述表面處具有分諧波頻率尤其是頻率為fm/2
的感生波16引起的結(jié)構(gòu)件的振動調(diào)制。 反射波18的測量值的處理，可提取用于識別受到入射波17的一個或多個隔室中 是否存在液體的有用信號。 該處理包括反射的電磁波18的基帶頻譜分析，以檢測激發(fā)頻率的可能分諧波。
該方法的一個優(yōu)點源于這一事實，即一方面，與聲波不同，電磁波對多孔材料的 聲缺特性(acoustic vacancies characteristic)的存在不敏感；另一方面，頻率為fm的 原始激發(fā)的結(jié)果以及構(gòu)成結(jié)構(gòu)件的實體的內(nèi)部的非線性引起的高階(2、3、4等)諧波由于 在感生波的探尋頻譜中很好地分開，因而可有效地過濾出。 直接結(jié)果為有用信號的充足功率以及非常有利的信噪比，所述充足功率可沒有特 殊困難地測量。 以下等式示出反射波18如何受隔室中的液體存在的影響。 若入射波17由發(fā)射的電磁信號e(t)，例如頻率為fe幅值為Ee的正弦信號表征， 則該信號表達為<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，j為虛數(shù)單位并利用所謂的指數(shù)符號，t為時間變量。運算符"X"對應(yīng)于 乘。 反射波18由信號s (t)表征。 由靜態(tài)物體反射的信號s。(t)對應(yīng)于根據(jù)距物體T的電距離相移的發(fā)射信號 e(t)，即 <formula>formula see original document page 8</formula> 當(dāng)信號s(t)被以頻率fm機械振動的物體反射時，接收到的信號為以下形式
<formula>formula see original document page 8</formula> 在該表達式中，a為與物體振動的機械振幅成比例的系數(shù)。
反射信號的該表達式也可利用k階貝塞爾函數(shù)Jk表達 <formula>formula see original document page 8</formula>
該表達式對應(yīng)于以頻率fe為中心的對稱頻譜線。
各線以頻率fm與相鄰線分開。 在對應(yīng)于本方法的應(yīng)用的護板1的具體情況下，該信號尤其是在腔室中先驗地反 射若干次。 在隔室中不存在液體的情況下，信號因此具有以下形式，注意具有下標(biāo)i的與各
種反射相關(guān)的參數(shù)
s(t)= Z,Ee, x e xp(jx2x/rxf, xt)xe印(/xr')x e xo, xsin(2x r xfm xt))j 該信號的頻譜同樣對應(yīng)于以頻率fe為中心的對稱頻譜線，各線與相鄰線分隔距離 fm。 在至少某些隔室中存在液體的情況下，與反射波對應(yīng)的信號包含以下形式的新的
項，所述信號與液體11的表面上的感生波16的存在相關(guān)s(t) = Eej x exp[jx(2x;rxfe xt + "xsin(2x"ftn/2xt他e x; (/xr) 假設(shè)液體的分諧波響應(yīng)以1/2分諧波為主導(dǎo)，則以上表達式還可表達為 s(t) = ^ xe xp(; x T)xe xp(j x 2 x丌x fc x l)xWxe xp(/ x 2x v x * x fm / 2 x t)] 該信號的頻譜對應(yīng)于以頻率fe為中心的對稱頻譜線，各線與相鄰線分隔距離 fm/2。 隔室12中液體11的存在因此由在反射波18的頻譜中存在頻率為fm/2、3*fm/2、 5*fm/2等的線證實，若隔室中不存在液體則不存在這些頻率。 圖2a示出在隔室中不存在液體的情況下以實驗方式觀察到的頻譜的示例，圖2b 示出在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件的護板的隔室中存在水的情況下頻譜的示例。 在圖2a的頻譜中，頻譜線是頻率fm的特征，并且與示出頻率為fm的分諧波的圖2b 的頻譜相反，不能辨別出分諧波。 在與圖lb的圖示對應(yīng)的根據(jù)本發(fā)明方法的改進形式中，為了提高液體檢測的靈 敏度，利用兩種頻率，即頻率fm和第二頻率fm2以機械振動方式激發(fā)結(jié)構(gòu)件1 ，這兩種頻率彼 此相近。 實際上，已知(例如參見1996年7月，Physical Review, Thomas Besson禾口 W. Stuart Edwards的"Two—frequency parametric excitation，，)利用兩禾中步員率使液體的 表面振動會產(chǎn)生分諧波駐波。 頻率fm2的機械振動會產(chǎn)生在材料1中傳播的波42，并與頻率fm的機械激發(fā)波14
相干涉，從而在隔室12包含液體11時在液體11的表面產(chǎn)生干涉圖案。 與頻率fm2對應(yīng)的機械激發(fā)信號可對應(yīng)于純正弦信號或調(diào)制正弦信號。 圖3示意性示出在這種情況下由電磁傳感器在基帶中接收到的頻譜。 有利的是，利用白噪聲或偽白噪聲(M序列)對與頻率fm2對應(yīng)的激發(fā)信號進行調(diào)
制，從而能夠利用自相關(guān)型信號處理方法，以提高要用的信噪比。 在實踐中，M序列調(diào)制能夠激發(fā)結(jié)構(gòu)件或液體的非線性模式(寄生混合現(xiàn)象)。然 而，若選擇機械激發(fā)頻率，使得所述頻率彼此相近，即|fm2-fm| <<^/2，則頻率混合產(chǎn)生的 頻帶不覆蓋1/2諧波，從而可確定材料在1/2諧波周圍的聲傳遞函數(shù)。 在這種情況下，寄生混合特性對于確定部件的機械特性——即非流體特性——是有利的。 圖4以部件的機械頻譜的示意圖示出這些現(xiàn)象。 頻率303對應(yīng)于頻率為fm的第一機械振動，另一頻率302對應(yīng)于由M序列301調(diào) 制的頻率為fm2的第二機械振動， 而且，由于含有液體的腔室的存在，半頻率的機械振動306、307與由流體傳遞函 數(shù)相乘的白噪聲調(diào)制(線性系統(tǒng)范圍內(nèi)的公知結(jié)果)被在圖4中的圖表中標(biāo)記為304所顯 示。 此外，在接近零頻率處，由士mXL士nXf^表征的混合產(chǎn)物305給出零頻率周圍
的機械傳遞函數(shù)。該結(jié)果來自于以下事實，即通過混合，白噪聲轉(zhuǎn)移至零頻率的水平，并通
過結(jié)構(gòu)件l的機械傳遞函數(shù)而進行時間巻積(convolution temporelle)。 在某些環(huán)境下，測量信號可顯示位于與機械激發(fā)直接相關(guān)的頻譜外的譜線308、
309。 這樣的線是由于來自腔室中的液體的自由表面的小液滴的分離引起的，這樣的每 一小液滴可具有專有動能。這樣的線308、309是特有的，并有利地用于改進檢測液體存在 的方式。 最后，有時觀測到純寄生型的其它線310，這些線主要對應(yīng)于結(jié)構(gòu)件的非線性。
因而，利用該方法，對反射波18的頻譜的分析，可由于在所述頻譜中存在某些線 306、307、304、305、308而檢測腔室12中的液體11的存在。 —種根據(jù)本發(fā)明的用于檢測結(jié)構(gòu)件l——例如所謂的蜂窩芯夾層結(jié)構(gòu)件——的至 少一個腔室12中的液體11的存在的設(shè)備包括-用于在結(jié)構(gòu)件1中產(chǎn)生至少一個振動機械激發(fā)波14、42的第一裝置10、13、40、 41 ;-用于在結(jié)構(gòu)件1的探尋液體存在的區(qū)域中產(chǎn)生入射電磁波17的第二裝置21、
22 ;-用于測量由接收入射波17的結(jié)構(gòu)件1反射的電磁波18的第三裝置15、19 ;以及
-第四處理和/或顯示裝置20，其能夠顯示在反射波18的頻譜中感生波16的至 少一個特征譜線的存在，所述感生波通過機械激發(fā)波14、42在結(jié)構(gòu)件1的腔室12中所含有 的液體ll的表面上產(chǎn)生。 所述第一裝置有利地包括與所述結(jié)構(gòu)件接觸的激發(fā)器10。 激發(fā)器10由優(yōu)選傳送頻率為fm的正弦信號的功率源13供應(yīng)，所述頻率優(yōu)選位于 聲頻范圍內(nèi)。 而且，當(dāng)?shù)谝谎b置產(chǎn)生可被調(diào)制的頻率為不同于fm的fm2的激發(fā)波時，所述第一裝 置有利地包括與結(jié)構(gòu)件1接觸的第二激發(fā)器40，所述第二激發(fā)器由輸送頻率為fm2的信號 的發(fā)電機41供應(yīng)。 這樣的激發(fā)器10、40有利地利用壓電技術(shù)以公知方式制造，并由與待向結(jié)構(gòu)件施 加的激發(fā)信號對應(yīng)的電壓源供應(yīng)。 優(yōu)選的是，激發(fā)器10、40以連續(xù)機制激發(fā)，從而維持快速減弱的感生波16。
用于產(chǎn)生入射電磁波17的第二裝置主要包括射頻發(fā)生器22和天線21，天線21設(shè) 計成沿結(jié)構(gòu)件1的待分析區(qū)域的方向輻射，先驗地靠近產(chǎn)生機械激發(fā)波14、42的激發(fā)器10、
1040其中之一或二者。 用于測量反射的電磁波18的第三裝置主要包括天線15和用于解調(diào)所述反射波的裝置19，裝置19能夠建立所述波的頻譜。 在特別經(jīng)濟的實施方式中，用于解調(diào)反射的電磁波18的裝置19主要由單個自振蕩混頻器構(gòu)成。 第二裝置的發(fā)射天線21以及/或者第三裝置的接收天線15優(yōu)選為定向天線，可用同一天線發(fā)射入射波17并接收反射波18。 所述第二和/或第三裝置的方向性使得可限定正研究的結(jié)構(gòu)件1的區(qū)域，并因此在檢測到液體存在時定位含有液體11的腔室12在所述結(jié)構(gòu)件中的位置。
第四裝置20由用于處理反射的電磁波18的頻譜的任何裝置構(gòu)成，從而可顯示預(yù)示結(jié)構(gòu)件1的腔室12中高度可能存在液體11的其中一個結(jié)果。 在具有最少數(shù)據(jù)處理的實施方式中，頻譜以圖形形式提供，從而使得實驗操作者可在正在研究的背景下解釋頻譜中的各種線。 優(yōu)選的是，在通過計算機單元采樣之后處理信號，從而允許自動檢測發(fā)射波18的頻譜中的預(yù)示腔室中存在液體的線。 在這種情況下，由顯示器，任選地與用于吸引操作者注意的音頻信號一起指示與可能存在液體對應(yīng)的情況，顯示器和/或音頻信號優(yōu)選進行調(diào)制，以便提供與設(shè)備正在測量的區(qū)域中可能存在的液體量有關(guān)的信息，可從反射波頻譜的各種線的相關(guān)強度推斷出這樣的信息。 在一個具體實施方式
中，所述設(shè)備關(guān)聯(lián)有例如利用微型噴嘴沉積墨的裝置(未示出)，從而例如利用顏色與結(jié)構(gòu)件表面形成對比并可易于移除的墨在檢測為腔室中含有液體的區(qū)域上沉積彩色標(biāo)記。這樣的標(biāo)記設(shè)備因而可接著該設(shè)備在不中斷搜尋階段的情況下掃描大面積的結(jié)構(gòu)件，并且在后繼處理階段能夠即刻識別潛在包含液體的區(qū)域，以實施更詳細的局部檢查或者實施從結(jié)構(gòu)件移除液體通常必需的排放操作。 圖5中示出了從經(jīng)濟和操作角度尤其有利的一個實施方式，用于制造適于所述設(shè)備并適于實施所述方法的緊湊探頭401，其能夠?qū)嵤C械激發(fā)、電磁輻射以及電磁測量功能。 所述設(shè)備的緊湊探頭401包括以壓電方式制造的不完全對稱的輪環(huán)407，其與以上所見產(chǎn)生與機械激發(fā)頻率fm和fm2對應(yīng)的頻率的頻率發(fā)生器相連。 公知，由壓電材料制成的輪環(huán)支持兩種退化振動模式，即具有相同頻率的模式。只有在完全對稱時才具有這一特性。 當(dāng)對稱被破壞時，輪環(huán)能夠以貼近但分開的兩種頻率fm和fm2諧振。重物或槽408通常足以破壞輪環(huán)407的對稱性。 在輪環(huán)內(nèi)部留有足以安裝以下部件的空間409，若證實有利，即若由于這些部件的尺寸或散熱不期望將其安在別處則進行該安裝，這些部件即-用于傳送并接收電磁波17、18的天線402。天線402例如由開放式同軸電纜構(gòu)成，如圖5中所示，其能夠在所涉及的頻率范圍內(nèi)輻射，由片狀天線或諧振腔天線(膜孔耦合或不耦合)或任何其它合適的天線構(gòu)成；-頻率發(fā)生器所用的電子器件以及用于放大信號以供應(yīng)壓電部件的電子器件的全
11部或部分；-用于發(fā)射入射電磁波17的天線所用的供應(yīng)電子器件的全部或部分； _用于電磁檢測部件403——例如自振蕩混頻器或與混頻器相連的振蕩器——的
電子器件的全部或部分；以及-信號處理電子器件404的全部或部分。 因此，可制造一種設(shè)備，其使用小的輕型探頭，該探頭可容易地移動至結(jié)構(gòu)件的表面，以檢測該結(jié)構(gòu)件的腔室中的液體——尤其是水——的存在。 所述設(shè)備被用于檢測護板——但不專用于具有基于碳纖維的表皮護板的蜂窩芯夾層式護板——中液體形式的水的存在，在這樣的護板中當(dāng)在其中一個表皮護板上覆蓋有金屬網(wǎng)時通過這樣的金屬網(wǎng)，所述網(wǎng)通常位于護板的更容易接近的表面?zhèn)取?br> 所述設(shè)備使得可不僅在工廠中探尋水的存在，而且由于其可制成具有足夠小的尺寸，可例如在飛行器上在不移除所安裝的部件的情況下使用。
權(quán)利要求
一種用于檢測結(jié)構(gòu)件(1)的腔室(12)中的液體(11)的存在的方法，在該方法中所述結(jié)構(gòu)件通過激發(fā)波(14，42)而受到機械振動，其特征在于-所述結(jié)構(gòu)件的一個區(qū)域——在該區(qū)域中探尋所述腔室(12)中的液體(11)的存在——受到稱為“入射波”的電磁波(17)；以及-對所述入射波(17)在所述結(jié)構(gòu)件(1)的元件上反射的稱為反射波的電磁波(18)進行分析，以根據(jù)由在所述反射波(18)的特性上的所述機械振動感生的調(diào)制來推斷所述腔室(12)中的液體是否存在。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述激發(fā)波(14)的一個分量由頻率為fm的近正 弦振動激發(fā)產(chǎn)生，其能夠以激發(fā)頻率fm的分諧波頻率激發(fā)腔室(12)中的液體(11)的表面 振蕩，該振蕩稱為感生波(16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述激發(fā)波的一個分量(42)由相對于頻率fm偏 移的頻率U的振動激發(fā)產(chǎn)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述激發(fā)波(14,42)的分量之一的頻率被調(diào)制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述調(diào)制頻率由白噪聲或偽白噪聲調(diào)制。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，從所述反射波(18)的頻譜中的預(yù)定 譜線(307， 306， 304， 305， 308)的檢測推斷隔室(12)中的液體(11)的存在。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，從所述反射波(18)的頻譜中的分別與激發(fā)頻率 fm和/或fm2的頻率為fm/2和/或fm2/2的分諧波頻率對應(yīng)的至少一個預(yù)定譜線(307， 306) 的檢測推斷液體(11)的存在。
8. —種用于檢測結(jié)構(gòu)件(1)的腔室(12)中的液體(11)的存在的設(shè)備，該檢測設(shè)備包 括用于在所述結(jié)構(gòu)件(1)中產(chǎn)生至少一個振動機械激發(fā)波(14,42)的第一裝置(10，13，40， 41)，其特征在于，所述檢測設(shè)備還包括-用于在所述結(jié)構(gòu)件(1)的一個區(qū)域中——在該區(qū)域中探尋液體的存在——產(chǎn)生入射 電磁波(17)的第二裝置(21,22);-用于測量由接收所述入射波(17)的所述結(jié)構(gòu)件(1)反射的電磁波(18)的第三裝置(15,19);-第四處理和/或顯示裝置(20)，其能夠顯示在所述反射波(18)的頻譜中感生波(16) 的至少一個特征譜線的存在，所述感生波通過所述機械激發(fā)波(14,42)在所述結(jié)構(gòu)件(1) 的腔室(12)中所含有的液體(11)的表面上產(chǎn)生。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備包括探頭(401)，該探頭包括利用壓電技術(shù)的輪環(huán)(407)，該輪環(huán)能夠機械振動從而產(chǎn)生頻率為fm或者頻率為fm及相對于頻率fm偏移的頻率為fm2的機械激發(fā)波(14， 42)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測設(shè)備，其中，所述輪環(huán)(407)的中空部(409)包括 -用于發(fā)射和接收電磁波(17,18)的天線(402);和/或_壓電部件(407)的供應(yīng)電子器件的全部或部分；和/或 -入射電磁波(17)的發(fā)射天線的供應(yīng)電子器件的全部或部分；和/或 -用于檢測反射電磁波(18)的電磁檢測部件(403)的全部或部分；和/或信號處理電子器件(404)的全部或部分
全文摘要
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件(1)的腔室(12)，例如具有蜂窩芯和碳纖維復(fù)合涂層的夾層結(jié)構(gòu)件隔室中的液體(11)的檢測。該結(jié)構(gòu)件通過激發(fā)波(14，42)受到頻率為聲域中的fm的機械振動，探測區(qū)受到入射電磁波(17)，并對反射電磁波(18)進行分析以從其推斷腔室中是否存在液體。腔室(12)中的液體(11)的表面上的法拉第感生波(16)包括對反射電磁波(18)進行調(diào)制并可識別液體存在的分諧波頻率fm。一種檢測設(shè)備包括產(chǎn)生振動激發(fā)波(14，42)的裝置(10，13，40，41)、產(chǎn)生入射電磁波(17)的裝置(21，22)、測量反射電測波(18)的裝置(15，19)以及處理裝置(20)。
文檔編號G01F23/284GK101755192SQ200880025032
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者B·諾加雷德, B·魯卡里埃斯, J·達維德, R·克朗帕尼, T-H·維翁 申請人:圖盧茲聚合技術(shù)國家研究所